PROGRAMA ANALITICO Y/O DE EXAMEN LIC. NUTRICIÓN – ANALISTA BIOLÓGICO QCA. BIOLÓGICA PROGRAMA ANALITICO Y/O DE EXAMEN   Bolilla 4 METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS: Digestión y absorción de hidratos de carbono. Ingreso de la glucosa a la célula. Transportadores. Glucólisis y su regulación. Metabolismo de fructosa, galactosa, etanol y sorbitol. Lanzadera del glicerofosfato.

DIGESTIÓN y ABSORCIÓN GLICÓLISIS

(Ruta de Embden – Meyerhof) VIA GLICOLÍTICA (Ruta de Embden – Meyerhof)

GLUCOSA Hexoquinasa Isomerasa Aldolasa Glicer.deshidrog ADP Isomerasa Fosfofructo quinasa ADP Aldolasa NAD+ Glicer.deshidrog ADP P-Glicerato quinasa Mutasa Enolasa ADP Piruvato quinasa PIRUVATO 2 X 3C

FASE I. (Reacciones 1-5). FASE PREPARATORIA Fosforilación de glucosa Fragmentación de glucosa para dar 2 triosas Gasto de energía, se consumen 2 ATP Se recogen esqueletos carbonados de otros monosacáridos

Fosforilación de la glucosa Paso inicial de todas las vías de utilización de monosacáridos Impide la salida de Glucosa de la célula * La glucosa es fosforilada en el carbono 6 HEXOQUINASA GLUCOSA GLUCOSA-6-P

Hexoquinasas - Enzimas constitutivas Son inespecíficas (fosforilan Glucosa) - Enzimas constitutivas Son inespecíficas Km Glu pequeños, 0.01-0.1 mM (alta afinidad) Son inhibidas por su producto Tejidos extrahepáticos Isoenzimas I, II, III Es inducible Muy específica, solo D-Glucosa - Km Glu >10 mM (baja afinidad) No es inhibida por el producto Hígado y células beta del páncreas Isoenzima IV o Glucoquinasa

Importancia fisiológica Hexoquinasas ¿cuándo actúan? Importancia fisiológica [Glu] normal en sangre (“glucemia”) 5,0 mM Km Glu pequeños: continuo uso de Glucosa por las células provisión de Energía permanente no modifican su actividad por cambios en la glucemia Isoenzimas I, II, III Km Glu >10 mM: modifica su actividad con cambios en la glucemia: [Glu] normal: baja actividad [Glu] elevada (después de una comida): aumenta la actividad Es inducible por insulina Isoenzima IV o Glucoquinasa

Reacción 2. Isomerización Conversión de G-6-P (isómero aldosa) a fructosa-6-fosfato (F-6-P, isómero cetosa) Enzima: Fosfogluco-isomerasa Mg2+ o Mn2+

Reacción 3. Consumo del segundo ATP Enzima: fosfofructoquinasa Fosforilación de F-6-P para formar Fructosa-1,6-bifosfato (FBP) Reacción irreversible La Fosfofructoquinasa es una enzima alostérica y esta reacción es el principal sitio de control de la velocidad de la vía glicolítica.

Dos moléculas de 3 carbonos Reacción 4. Formación de triosas fosfato -Enzima: aldolasa -Rotura de F-1,6-BP en dos triosas: el gliceraldehído-3-fosfato (GAP) y la dihidroxiacetona fosfato (DHAP) Dos moléculas de 3 carbonos 6 5 4 3 2 1 C H O P - + fructosa 1,6 bisfosfato Aldolasa dihidroxiacetona gliceraldehído fosfato fosfato 1 2 3 4 5 6

Dos moléculas de 3 carbonos Reacción 5. Isomerización Sólo uno de los productos, el GAP, continúa la vía glucolítica. La interconversión entre éste y la DHAP es catalizada por la Triosa fosfato isomerasa Dos moléculas de 3 carbonos 6 5 4 3 2 1 C H O P - + fructosa 1,6 bisfosfato Aldolasa dihidroxiacetona gliceraldehído fosfato fosfato Triosafosfato - isomerasa

GLUCOSA Hexoquinasa Isomerasa Aldolasa Glicer.deshidrog ADP Isomerasa Fosfofructo quinasa ADP Aldolasa NAD+ Glicer.deshidrog ADP P-Glicerato quinasa Mutasa Enolasa ADP Piruvato quinasa PIRUVATO 2 X 3C

FASE II (Reacciones 6-10) FASE DE BENEFICIO Oxidación de los esqueletos carbonados de las 2 TRIOSAS Producción de equivalentes de reducción: 2 NADH Producción de energía metabólica por fosforilación a nivel de sustrato : 4 ATP El producto final son 2 PIRUVATOS

2 Reacción 6. Formación del primer intermediario de "alta energía”. Enzima: gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa Oxidación y fosforilación del Gli-3-P, por el NAD+ y fosfato inorgánico (Pi), para producir el 1,3-bifosfoglicerato (BFG). 2 + 2 fosfato inorgánico

2 2 Reacción 7. Primera producción de ATP Enzima: fosfoglicerato quinasa (PGK) Se forma el primer ATP por fosforilación a nivel de sustrato, rindiendo además 3-fosfoglicerato 2 2 2 2 1ra Fosforilación a nivel del sustrato

2 2 Reacción 8. Transferencia intramolecular de fosfato Enzima: fosfogliceromutasa conversión de 3PG a 2-fosfoglicerato 2 2 Mg2+

2 2 Reacción 9. Formación del segundo intermediario de "alta energía”. Enzima: enolasa Deshidratación del 2-PG a fosfoenolpiruvato (PEP), complejo activo con catión magnesio. Mg2+ 2 2 ~

2 2 2 Reacción 10. Producción del segundo ATP Enzima: piruvato quinasa Acoplamiento de la energía libre de hidrólisis del PEP a la síntesis de ATP (fosforilación a nivel de sustrato) para formar piruvato. 2 2 2 ~ 2 2 Mg2+ o Mn2+ 2da Fosforilación a nivel del sustrato

6C: GLUCOSA Hexoquinasa Isomerasa Aldolasa Glicer.deshidrog ADP Isomerasa Fosfofructo quinasa ADP Aldolasa NAD+ Glicer.deshidrog ADP P-Glicerato quinasa Mutasa Enolasa Acetil-CoA ó Lactato ADP Piruvato quinasa PIRUVATO

Puntos de Regulación de la Glicólisis TRES REACCIONES QUÍMICAS IRREVERSIBLES 1° Punto de Control HEXOQUINASA 2° Punto de Control FOSFOFRUCTOQUINASA Principal punto de control de la Vía Glicolítica 3° Punto de Control PIRUVATO QUINASA (-) Glucosa 6 P (-)ATP (+)Glucosa (-) ATP, NADH, Citrato y AG de cadena larga (+) ADP ó AMP, Fruc-2,6 bis-P (-) ATP, Acetil CoA, desfosforilación (+) AMP, Fruc-1,6-bis-P, fosforilación

ECUACION GENERAL DE LA VIA GLICOLITICA GLUCOSA + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ 2 PIRUVATO + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O EN ANAEROBIOSIS – EN EL CITOSOL

BALANCE ENERGETICO EN ANAEROBIOSIS – EN EL CITOSOL FASE PREPARATORIA: Se gastan 2 ATP FASE DE BENEFICIO: Se producen 4 ATP Rendimiento neto de la Vía Glicolítica 2 ATP

6 C GLUCOSA Hexoquinasa Isomerasa Aldolasa Glicer.deshidrog ADP Isomerasa Fosfofructo quinasa ADP Aldolasa NAD+ Glicer.deshidrog ADP P-Glicerato quinasa Mutasa Enolasa ADP Piruvato quinasa PIRUVATO 2 X 3C

¿QUE OCURRE EN CONDICIONES ANAERÓBICAS? LA CELULA DEBE REOXIDAR EL NADH PARA QUE LA VIA GLICOLITICA PUEDA FUNCIONAR !!! ¿QUE OCURRE EN CONDICIONES ANAERÓBICAS? SEGÚN LA CELULA O MICROORGANISMO DE QUE SE TRATE EXISTEN DIFERENTES VIAS DE FERMENTACION

DESTINO DEL PIRUVATO GLUCOSA 2 PIRUVATO O2 O2 AEROBIOSIS Vía Glicolítica (citosol) O2 ANAEROBIOSIS O2 AEROBIOSIS 2 Acetil-CoA + 2 CO2 2 Lactato Etanol Fermentación Láctica (músculo) C. KREBS Fermentación Alcohólica (microorganismos: levaduras) 4 CO2+ 4 H2O Células animales

FERMENTACION ALCOHOLICA Piruvato Acetaldehído (en levaduras – citosol) Etanol Alcohol deshidrogenasa descarboxilasa O NADH + H+ NAD + OH CH3 __C __COO- CH3 __CH_COO- FERMENTACION LACTICA Piruvato Lactato (en músculo – citosol) Lactato deshidrogenasa

¿QUE OCURRE EN CONDICIONES AERÓBICAS? LA CELULA DEBE REOXIDAR EL NADH PARA QUE LA VIA GLICOLITICA PUEDA FUNCIONAR !!! ¿QUE OCURRE EN CONDICIONES AERÓBICAS? LA REACCION DE LA GLICERALDEHIDO 3P-DESHIDROGENASA (Reacción 6 Vía Glicolítica) NAD+ NADH EN EL CITOSOL

DESTINO DEL PIRUVATO GLUCOSA 2 PIRUVATO O2 O2 AEROBIOSIS Vía Glicolítica (citosol) ANAEROBIOSIS O2 O2 AEROBIOSIS 2 Acetil-CoA + 2 CO2 2 Lactato Etanol Fermentación Láctica (músculo) C. KREBS (mitocondria) Fermentación Alcohólica (microorganismos: levaduras) 4 CO2+ 4 H2O Células animales

“SISTEMA DE LANZADERAS” PIRUVATO CO2 + H20 (Ciclo de Krebs) LA REACCION DE LA GLICERALDEHIDO 3P-DESHIDROGENASA (Reacción 6 Vía Glicolítica) NAD+ NADH EN CITOSOL REOCCIDACIÓN DE NADH NAD+ EN AEROBIOSIS “SISTEMA DE LANZADERAS” Equiv. de reducción Cadena respiratoria PRODUCCION de 2 ó 3 ATP/ NADH

Lanzadera del glicerofosfato (rinde 2 ATP) SISTEMAS LANZADERAS transferencia indirecta de equivalentes de reducción a la Cadena Respiratoria Músculo esquelético Cerebro Sistemas Lanzaderas Lanzadera del glicerofosfato (rinde 2 ATP) Lanzadera del malato-aspartato (participan amino ácidos) (rinde 3 ATP) Hígado Corazón Riñón

EN AEROBIOSIS citosol Lanzadera del glicerofosfato mitocondria 1 GLUCOSA 2 PIRUVATO Vía Glicolítca G3PDH DHAP GA3P Lanzadera del glicerofosfato 2 ATP citosol citosol mitocondria 2 ATP

Rendimiento de la Vía Glicolítica BALANCE ENERGETICO Rendimiento de la Vía Glicolítica 1Glucosa 2Piruvato + 2 NADH + H+ ANAEROBIOSIS 2 ATP CITOSOL AEROBIOSIS 4 ó 6 ATP CITOSOL Y MITOCONDRIAS (lanzaderas)

Bibliografía 1- BLANCO A., “Química Biológica”, Ed. El Ateneo, 8a edic., Bs. As. (2007). 2- LEHNINGER, A.L., "Principios de Bioquímica", Ed. Omega, 4ª ed. (2008). 3- LIM M.Y., “ Lo esencial en Metabolismo y Nutrición”, Ed. Elsevier, 3ra. ed., Barcelona (2010). 4- Docentes de Química Biológica, “QUIMICA BIOLOGICA Orientada a Ciencias de los Alimentos”, Nueva Editorial Universitaria de la Universidad Nacional de San Luis.